JPS5911664A - 半導体装置用キヤパシタの製造方法 - Google Patents
半導体装置用キヤパシタの製造方法Info
- Publication number
- JPS5911664A JPS5911664A JP57120897A JP12089782A JPS5911664A JP S5911664 A JPS5911664 A JP S5911664A JP 57120897 A JP57120897 A JP 57120897A JP 12089782 A JP12089782 A JP 12089782A JP S5911664 A JPS5911664 A JP S5911664A
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- Japan
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- tantalum
- films
- film
- tantalum oxide
- oxide film
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- Pending
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-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
- H10D84/00—Integrated devices formed in or on semiconductor substrates that comprise only semiconducting layers, e.g. on Si wafers or on GaAs-on-Si wafers
Landscapes
- Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
- Formation Of Insulating Films (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は半導体装置用キャパシタの製造方法に関する。
従来、半導体装置用キャパシタには、金属あるいは半導
体へ絶縁膜を付着し、さらに金属等の電極を被着した構
造のものが用いられて来た。絶縁膜としては２酸化シリ
コン（Ｓｉ（１）、 アルミナ（Ａ１２０３）、窒化
シリコン（Ｓｉ３Ｎ４）等の膜が用いられて来た。実装
密度の増加が望まれているためにこれらの絶縁膜よりも
大きな誘電率をもち、かつ極端に薄い誘電体膜が要求さ
れて来た。１９８１年春季応用物理学会学術講演会講演
予稿集第５８８頁にタンタル酸化物の誘電体を有する薄
膜キャパシタの形成方法が示されている。上記の方法で
は、゛第１のキャパシタ電極となるシリコン基板上にタ
ンタルの薄膜がＲ−Ｆスパ、りで被着される。このタン
タル薄膜を有するシリコン基板はそれから５２５°Ｃの
酸素雰囲気中で熱処理される。タンタルはすべてタンタ
ル酸化物に変換される。第２のキャパシタ電極がタンタ
ル酸化物の膜の上に付着される。上記の方法に於いて不
利な点は、このキャパシタはリーク電流が大きいことで
ある。上記方法に於いてタンタル薄膜を５２５°Ｃの酸
素雰囲気中で熱処理してタンタル酸化物に変換した後さ
らに１０００°Ｃの酸素雰囲気中で熱処理するとタンタ
ル酸化膜とシリコン基板の間に薄いシリコン酸化膜が形
成されそのためにリーク電流が減少することが述べられ
ている。しかしながら新たにタンタル酸化膜とシリコン
基板の界面に形成されるシリコン愼化膜は誘電率が小さ
いためにタンタル酸化膜のみの場合とくらべると全体の
容量が低下してしまうという欠点があった。
体へ絶縁膜を付着し、さらに金属等の電極を被着した構
造のものが用いられて来た。絶縁膜としては２酸化シリ
コン（Ｓｉ（１）、 アルミナ（Ａ１２０３）、窒化
シリコン（Ｓｉ３Ｎ４）等の膜が用いられて来た。実装
密度の増加が望まれているためにこれらの絶縁膜よりも
大きな誘電率をもち、かつ極端に薄い誘電体膜が要求さ
れて来た。１９８１年春季応用物理学会学術講演会講演
予稿集第５８８頁にタンタル酸化物の誘電体を有する薄
膜キャパシタの形成方法が示されている。上記の方法で
は、゛第１のキャパシタ電極となるシリコン基板上にタ
ンタルの薄膜がＲ−Ｆスパ、りで被着される。このタン
タル薄膜を有するシリコン基板はそれから５２５°Ｃの
酸素雰囲気中で熱処理される。タンタルはすべてタンタ
ル酸化物に変換される。第２のキャパシタ電極がタンタ
ル酸化物の膜の上に付着される。上記の方法に於いて不
利な点は、このキャパシタはリーク電流が大きいことで
ある。上記方法に於いてタンタル薄膜を５２５°Ｃの酸
素雰囲気中で熱処理してタンタル酸化物に変換した後さ
らに１０００°Ｃの酸素雰囲気中で熱処理するとタンタ
ル酸化膜とシリコン基板の間に薄いシリコン酸化膜が形
成されそのためにリーク電流が減少することが述べられ
ている。しかしながら新たにタンタル酸化膜とシリコン
基板の界面に形成されるシリコン愼化膜は誘電率が小さ
いためにタンタル酸化膜のみの場合とくらべると全体の
容量が低下してしまうという欠点があった。
本発明はタンタル酸化膜とシリコン基板の間に超薄窒化
シリコン膜を形成することによりタンタル酸化膜とシリ
コン基板が直接的に相互反応すること全阻止してかつタ
ンタル酸化膜のリーク電流全減少させ、さらにタンタル
酸化膜層とタンタル膜層とが交互に積層された多層膜を
酸化して得られるタンタル酸化膜を用いることによりタ
ンタル膜が急激に酸化されることを阻止してシリコン基
板全面にわたって一様に酸化全進行させ、かつまたタン
タル膜の酸化時に於ける体積膨張による応力を緩和して
リーク電流を減少させ、さらにまたシリコン酸化膜より
も誘電率の大きな超薄窒化シリコン基板コン膜とによっ
て全体の容量低下も少なくして上記の欠点を解消ｊ〜た
半導体装置用キャパシタの制令方法を提供するものであ
る。
シリコン膜を形成することによりタンタル酸化膜とシリ
コン基板が直接的に相互反応すること全阻止してかつタ
ンタル酸化膜のリーク電流全減少させ、さらにタンタル
酸化膜層とタンタル膜層とが交互に積層された多層膜を
酸化して得られるタンタル酸化膜を用いることによりタ
ンタル膜が急激に酸化されることを阻止してシリコン基
板全面にわたって一様に酸化全進行させ、かつまたタン
タル膜の酸化時に於ける体積膨張による応力を緩和して
リーク電流を減少させ、さらにまたシリコン酸化膜より
も誘電率の大きな超薄窒化シリコン基板コン膜とによっ
て全体の容量低下も少なくして上記の欠点を解消ｊ〜た
半導体装置用キャパシタの制令方法を提供するものであ
る。
以下本発明を第１図乃至第５図全参照しながら実施例に
ついて説明する。まず第１図に示すように３０・ｃｍＯ
比抵抗のＮ型シリコン半導体基板１を用い、１００％（
Ｎ）−１３）ガス中で、１２００°Ｃ１１時間加熱して
第２図に示すようにシリコン半導体基板１の表面約３Ｏ
Ａの厚みの部分を超薄窒化シリコン膜２に変換する。次
に第３図に示すよう。
ついて説明する。まず第１図に示すように３０・ｃｍＯ
比抵抗のＮ型シリコン半導体基板１を用い、１００％（
Ｎ）−１３）ガス中で、１２００°Ｃ１１時間加熱して
第２図に示すようにシリコン半導体基板１の表面約３Ｏ
Ａの厚みの部分を超薄窒化シリコン膜２に変換する。次
に第３図に示すよう。
に超薄窒化シリコン膜２の上にタンタル金ターゲ、ト電
極としてスバ、り法によりアルゴンガス雰囲気中に於い
て十分な酸素を周期的にスパッタ装置のチャンバー内に
導入することによってタンタル膜３及び３′とタンタル
酸化膜４及び４′が交互に積み重なった４層膜を形成す
る。第３図に於いては、はじめに超薄窒化シリコン腰・
２上にアルゴンガス雰囲気中で１０ＯＡの厚さのタンタ
ル膜層３を被着し次にアルゴンと１０％酸素混合ガス雰
囲気中で１０ＯＡの厚さのタンタル酸化膜層４を被着し
次にアルゴンガス雰囲気中で１０ＯＡの厚さのタンタル
膜厚３′を被着し最後に表面にアルゴンと１０％酸素混
合ガス雰囲気中で１００Ａの厚さのタンタル酸化膜層４
′を被着して４層膜全形成した場合について示しである
が、超薄窒化シリコン膜２上に被着形成する順序は初め
にタンタル膜層ではなくタンタル酸化膜層全被着しても
良いしさらにまｆｃ父互に積層した後最後に表面に被着
形成する層はタンタル酸化膜層ではなくタンタル膜、啼
であっても良い。
極としてスバ、り法によりアルゴンガス雰囲気中に於い
て十分な酸素を周期的にスパッタ装置のチャンバー内に
導入することによってタンタル膜３及び３′とタンタル
酸化膜４及び４′が交互に積み重なった４層膜を形成す
る。第３図に於いては、はじめに超薄窒化シリコン腰・
２上にアルゴンガス雰囲気中で１０ＯＡの厚さのタンタ
ル膜層３を被着し次にアルゴンと１０％酸素混合ガス雰
囲気中で１０ＯＡの厚さのタンタル酸化膜層４を被着し
次にアルゴンガス雰囲気中で１０ＯＡの厚さのタンタル
膜厚３′を被着し最後に表面にアルゴンと１０％酸素混
合ガス雰囲気中で１００Ａの厚さのタンタル酸化膜層４
′を被着して４層膜全形成した場合について示しである
が、超薄窒化シリコン膜２上に被着形成する順序は初め
にタンタル膜層ではなくタンタル酸化膜層全被着しても
良いしさらにまｆｃ父互に積層した後最後に表面に被着
形成する層はタンタル酸化膜層ではなくタンタル膜、啼
であっても良い。
多層膜の層の数はタンタル酸化膜層とタンタル膜層が各
１層づつ積層された２層膜の場合からそれ以上の多層膜
の場合までとることができる。またタンタル膜層の厚さ
とタンタル酸化膜層の厚さは異なっていても良い。この
多層膜を有する基板はそれから５２５°Ｃのドライ酸素
雰囲気中で３０分熱処理して、第４図に示すように１０
０λの厚さのタンタル膜）Ｗｔ ３及び３′をすべてタ
ンタル酸化膜層に変換する。超薄窒化シリコン膜２上の
４層膜３． ４． ３’、４’ は一様なタンタル酸化
膜５に変換される。タンタル膜５２５°Ｃめドライ酸素
雰囲気中で熱処理してタンタル酸化膜に変換する際、タ
ンタル膜は約２倍の膜厚のタンタル酸化膜に変換される
のでこの時の体積膨張により超薄窒化シリコン膜２とタ
ンタル膜層３の界面５にかなフ応力がかかるが、タンタ
ル膜層３及び３′とタンタル酸化膜層４及び４′とが交
互に積層された４層膜を酸化する場合には、多層構造を
持たない一層のタンタル膜＋Ｖ化する場合にくらべて界
面５にかかる応力を軽減することが出来る。さらに□タ
ンタル膜の酸化速度はかなフ早いので本発明の如くタン
タル膜層とタンタル酸化膜層とが交互に積層された多層
膜を用いることによってタンタル酸化膜層で急激な酸化
の進行が押えられるのでシリコン基板上に一様に酸化を
進行させることが出来る。また上記の熱処理によってタ
ンタル酸化膜層４及び４′の非化学量論的な酸素不足が
減少する。かかる絶縁膜２．６上に第５図に示すように
１μｍ厚さのアルミニウムを被着しパタニングして電極
７を作る。次に４００″ＣのＮ２雰囲気中で１０分間熱
処理を行ないキャパシタとする。
１層づつ積層された２層膜の場合からそれ以上の多層膜
の場合までとることができる。またタンタル膜層の厚さ
とタンタル酸化膜層の厚さは異なっていても良い。この
多層膜を有する基板はそれから５２５°Ｃのドライ酸素
雰囲気中で３０分熱処理して、第４図に示すように１０
０λの厚さのタンタル膜）Ｗｔ ３及び３′をすべてタ
ンタル酸化膜層に変換する。超薄窒化シリコン膜２上の
４層膜３． ４． ３’、４’ は一様なタンタル酸化
膜５に変換される。タンタル膜５２５°Ｃめドライ酸素
雰囲気中で熱処理してタンタル酸化膜に変換する際、タ
ンタル膜は約２倍の膜厚のタンタル酸化膜に変換される
のでこの時の体積膨張により超薄窒化シリコン膜２とタ
ンタル膜層３の界面５にかなフ応力がかかるが、タンタ
ル膜層３及び３′とタンタル酸化膜層４及び４′とが交
互に積層された４層膜を酸化する場合には、多層構造を
持たない一層のタンタル膜＋Ｖ化する場合にくらべて界
面５にかかる応力を軽減することが出来る。さらに□タ
ンタル膜の酸化速度はかなフ早いので本発明の如くタン
タル膜層とタンタル酸化膜層とが交互に積層された多層
膜を用いることによってタンタル酸化膜層で急激な酸化
の進行が押えられるのでシリコン基板上に一様に酸化を
進行させることが出来る。また上記の熱処理によってタ
ンタル酸化膜層４及び４′の非化学量論的な酸素不足が
減少する。かかる絶縁膜２．６上に第５図に示すように
１μｍ厚さのアルミニウムを被着しパタニングして電極
７を作る。次に４００″ＣのＮ２雰囲気中で１０分間熱
処理を行ないキャパシタとする。
上記の方法で作製したキャパシタは、タンタル酸化膜と
シリコン半導体基板の間に超薄窒化シリコン膜があるた
めに従来のタンタル酸化膜のみの場合問題となって（八
たリーク電流を減少させることができる。さらにタンタ
ル酸化膜の形成法としてタンタル酸化膜層とタンタル膜
層が交互に積層された多層膜ケ熱処理して均一なタンタ
ル酸化膜とすることにより上記熱処理時に於いてタンタ
ル酸化膜層で急激な［資化の進行が押えられシリコン基
板全面にわたって一様に酸化が進行する。
シリコン半導体基板の間に超薄窒化シリコン膜があるた
めに従来のタンタル酸化膜のみの場合問題となって（八
たリーク電流を減少させることができる。さらにタンタ
ル酸化膜の形成法としてタンタル酸化膜層とタンタル膜
層が交互に積層された多層膜ケ熱処理して均一なタンタ
ル酸化膜とすることにより上記熱処理時に於いてタンタ
ル酸化膜層で急激な［資化の進行が押えられシリコン基
板全面にわたって一様に酸化が進行する。
さらに上記多層膜を用いることによってタンタル膜が酸
化されてタンタル酸化膜に変換される時の体Ｎ膨張によ
りタンタル酸化膜と超薄窒化シリコン膜との界面にかか
る応力全軽減させリーク電流を減らすことが出来る。ま
たタンタル酸化膜とシリコン半導体基板との間に酸素雰
囲気中で熱処理することによって２酸化シリコン膜を形
成してリーク電流を減少させる公知の方法は熱処理時間
をふやすとそれに伴なって２酸化シリコン膜厚が増加し
そのため全体の容量値が時間と共に減少する。
化されてタンタル酸化膜に変換される時の体Ｎ膨張によ
りタンタル酸化膜と超薄窒化シリコン膜との界面にかか
る応力全軽減させリーク電流を減らすことが出来る。ま
たタンタル酸化膜とシリコン半導体基板との間に酸素雰
囲気中で熱処理することによって２酸化シリコン膜を形
成してリーク電流を減少させる公知の方法は熱処理時間
をふやすとそれに伴なって２酸化シリコン膜厚が増加し
そのため全体の容量値が時間と共に減少する。
さらに高温で熱処理すると薄い２酸化シリコン膜ではタ
ンタルシリサイドの形成を防ぐことが出来ないという欠
点があるが、本発明の方法はちみつな超薄窒化シリコン
膜を使っているので熱処理時間を長くしても容量値は変
化せず、タンタルシリサイドの形成も防ぐことが出来、
リーク電流の少ないキャパシタがえられる。
ンタルシリサイドの形成を防ぐことが出来ないという欠
点があるが、本発明の方法はちみつな超薄窒化シリコン
膜を使っているので熱処理時間を長くしても容量値は変
化せず、タンタルシリサイドの形成も防ぐことが出来、
リーク電流の少ないキャパシタがえられる。
以上詳細に説明したように本発明はタンタル酸化膜とシ
リコン半導体基板の界面に超薄窒化シリコン膜を形成し
、その後タンタル酸化膜層とタンタル膜層とが交互に積
層された多層膜全熱処理して均一なタンタル酸化膜を形
成することによって、容量密度が太きくしかもリーク電
流の小さいキャパシタかえられる。
リコン半導体基板の界面に超薄窒化シリコン膜を形成し
、その後タンタル酸化膜層とタンタル膜層とが交互に積
層された多層膜全熱処理して均一なタンタル酸化膜を形
成することによって、容量密度が太きくしかもリーク電
流の小さいキャパシタかえられる。
第１図乃至第５図は各々本発明に係るキャパシタの製造
工程を工程順に説明する断面図、である。 なお図において、 ］・・・・・・シリコン半導体基板、２・・・・・・超
薄窒化シリコン膜、３及び３′・・・・・・タンタル膜
層、４及び４′・・・・・・タンタル酸化膜層、５・・
・・タンタル酸化膜と超薄窒化シリコン膜との界面、６
・・・・・・タンタル酸化膜、７・・・・・・金属電極
、である。
工程を工程順に説明する断面図、である。 なお図において、 ］・・・・・・シリコン半導体基板、２・・・・・・超
薄窒化シリコン膜、３及び３′・・・・・・タンタル膜
層、４及び４′・・・・・・タンタル酸化膜層、５・・
・・タンタル酸化膜と超薄窒化シリコン膜との界面、６
・・・・・・タンタル酸化膜、７・・・・・・金属電極
、である。
Claims (1)
- キャパシタの第１電極となるシリコン基板を窒素全構成
原子としてふくむ雰囲気中で熱処理して該シリコン基板
の表面部に超薄窒化シリコン膜を形成し、上記超薄窒化
シリコン膜表面にタンタルターゲラ）ｋ用いたスパッタ
法を用いてスノくツタガス雰医気中に十分な屯素を周期
的に導入することによりタンタル膜層とタンタル酸化膜
層を交互に績み重ねた多層膜を形成した後、上記構造体
を酸素雰囲気中で熱処理して上記タンタル膜層をすべて
タンタル酸化膜層に変換し、かかる絶縁膜にキャパシタ
の第２電極を被着することを特徴とする半導体装置用キ
ャパシタの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57120897A JPS5911664A (ja) | 1982-07-12 | 1982-07-12 | 半導体装置用キヤパシタの製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57120897A JPS5911664A (ja) | 1982-07-12 | 1982-07-12 | 半導体装置用キヤパシタの製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5911664A true JPS5911664A (ja) | 1984-01-21 |
Family
ID=14797699
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57120897A Pending JPS5911664A (ja) | 1982-07-12 | 1982-07-12 | 半導体装置用キヤパシタの製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5911664A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH04145623A (ja) * | 1990-10-08 | 1992-05-19 | Handotai Process Kenkyusho:Kk | 半導体装置の製造方法 |
-
1982
- 1982-07-12 JP JP57120897A patent/JPS5911664A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH04145623A (ja) * | 1990-10-08 | 1992-05-19 | Handotai Process Kenkyusho:Kk | 半導体装置の製造方法 |
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